DE102015104910B4

DE102015104910B4 - Vorrichtung und Verfahren für Multikanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker

Info

Publication number: DE102015104910B4
Application number: DE102015104910.4A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Kusuda
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: DE102015104910A1

Abstract

Verstärker (10), der Folgendes umfasst:mehrere Kanäle, die Folgendes umfassen:einen ersten Kanal (1);einen zweiten Kanal (2) undeinen dritten Kanal (3), wobei jeder des ersten Kanals, des zweiten Kanals und des dritten Kanals in mehreren Phasen einschließlich einer Auto-Zero-Phase, einer nicht-invertierenden Chop-Phase und einer invertierenden Chop-Phase betrieben werden kann, undeine Timing-Steuerschaltung (5), die konfiguriert istzum Betreiben des ersten Kanals in der Auto-Zero-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der invertierenden Chop-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase während eines ersten Zeitintervalls,zum Betreiben des ersten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der Auto-Zero-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der invertierenden Chop-Phase während eines zweiten Zeitintervalls undzum Betreiben des ersten Kanals in der invertierenden Chop-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der Auto-Zero-Phase während eines dritten Zeitintervalls,wobei das erste Zeitintervall, das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall zeitlich zueinander versetzt sind.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Erfindungsgebiet
Ausführungsformen der Erfindung betreffen Elektroniksysteme und insbesondere Verstärker.
Beschreibung der verwandten Technologie
Ein Verstärker, wie etwa ein Operationsverstärker oder ein Differenzverstärker, können eine Auto-Zero- und/oder Chopper-Schaltungsanordnung enthalten, um die Eingangs-Offsetspannung des Verstärkers zu reduzieren.
Bei einem Beispiel kann ein Auto-Zero-Verstärker einen Primärverstärker, einen Hilfsverstärker und einen Kondensator enthalten, und der Hilfsverstärker kann während einer Auto-Zero-Phase arbeiten, um eine Spannung am Kondensator zu speichern, um die Eingangs-Offsetspannung des Primärverstärkers zu korrigieren. Bei einem weiteren Beispiel enthält ein Chopper-Verstärker Eingangs-Chopping-Schalter, mit denen das Eingangssignal des Verstärkers während einer Eingangs-Chopping-Operation zerhackt beziehungsweise modelliert werden kann, wodurch die Frequenz des Eingangssignals des Verstärkers nach oben verschoben wird. Außerdem kann der Chopper-Verstärker ein Filter zum Filtern der Eingangs-Offsetspannung des Verstärkers enthalten, die hinsichtlich Frequenz von dem zerhackten Eingangssignal getrennt sein kann. Der Chopper-Verstärker kann weiterhin Ausgangs-Chopping-Schalter zum Demodulieren oder Heruntersetzen der Frequenz des zerhackten Eingangssignals während einer Ausgangs-Chopping-Operation enthalten.
Wenngleich das Aufnehmen einer Auto-Zero- und/oder Chopper-Schaltungsanordnung in einem Verstärker die Eingangs-Offsetspannung des Verstärkers reduzieren kann, kann sich die Auto-Zero- und/oder Chopper-Schaltungsanordnung auch auf die Arbeitsleistung des Verstärkers auswirken, wie etwa durch das Generieren von Ausgangsstörimpulsen und/oder Rauschen.
Aus der US 7,834,685 B1 ist ein Verstärker mit zwei parallelen Kanälen oder Stufen bekannt, die abwechselnd in eine Auto-Zero-Phase versetzt werden. Dabei ist eine Frequenz zur Aktivierung der Auto-Zero-Phase höher ist als eine Zerhackfrequenz. In einem ersten Schritt befindet sich die erste Verstärkerstufe in einer direkt verbundenen Chop-Phase, während sich die zweite Verstärkerstufe in der Auto-Zero-Phase befindet. In einem nachfolgenden zweiten Schritt befindet sich die erste Stufe in der Auto-Zero-Phase, während die zweite Stufe sich in der direkt verbundenen Chop-Phase befindet. In einem darauf folgenden dritten Schritt befindet sich die erste Verstärkerstufe in einer über Kreuz verbundenen Chop-Phase, während sich die zweite Stufe erneut in der Auto-Zero-Phase befindet. In einem darauffolgenden vierten Schritt befindet sich die erste Stufe erneut in der Auto-Zero-Phase, während sich die zweite Stufe in der über Kreuz verbundenen Chop-Phase befindet.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt wird ein Verstärker bereitgestellt. Der Verstärker enthält mehrere Kanäle einschließlich eines ersten Kanals, eines zweiten Kanals und eines dritten Kanals. Jeder des ersten Kanals, des zweiten Kanals und des dritten Kanals können in mehreren Phasen einschließlich einer Auto-Zero-Phase, einer nicht-invertierenden Chop-Phase und einer invertierenden Chop-Phase betrieben werden. Der Verstärker enthält weiterhin eine Timing-Steuerschaltung, die konfiguriert ist zum Betreiben des ersten Kanals in der Auto-Zero-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der invertierenden Chop-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase während eines ersten Zeitintervalls; zum Betreiben des ersten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der Auto-Zero-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der invertierenden Chop-Phase während eines zweiten Zeitintervalls; und zum Betreiben des ersten Kanals in der invertierenden Chop-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der Auto-Zero-Phase während eines dritten Zeitintervalls. Das erste Zeitintervall, das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall sind zeitlich zueinander versetzt.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Verstärker bereitgestellt. Der Verstärker enthält einen nicht-invertierenden Eingangsspannungsanschluss und einen invertierenden Eingangsspannungsanschluss, und der Verstärker ist konfiguriert zum Empfangen einer Differenz-Eingangsspannung zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsspannungsanschluss und dem invertierenden Eingangsspannungsanschluss. Der Verstärker enthält weiterhin mehrere Kanäle, die einen ersten Kanal, einen zweiten Kanal und einen dritten Kanal umfassen. Der Verstärker enthält weiterhin eine Timing-Steuerschaltung, die konfiguriert ist zum Steuern einer Auto-Zero-Sequenz der mehreren Kanäle und zum Steuern des Betriebs der mehreren Kanäle in mehreren Phasen über der Zeit. Die Timing-Steuerschaltung ist konfiguriert zum Auto-Nullen des ersten Kanals, zum Betreiben des zweiten Kanals in der invertierenden Chop-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase während eines ersten Zeitintervalls, zum Betreiben des ersten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase, zum Auto-Nullen des zweiten Kanals und zum Betreiben des dritten Kanals in der invertierenden Chop-Phase während eines zweiten Zeitintervalls; und zum Betreiben des ersten Kanals in der invertierenden Chop-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase und zum Auto-Nullen des dritten Kanals während eines dritten Zeitintervalls. Das erste Zeitintervall, das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall sind zeitlich zueinander versetzt. Während des Betriebs des Mehrkanalverstärkers ist mindestens ein Kanal der mehreren Kanäle konfiguriert zum Verstärken der Differenz-Eingangsspannung zu einer beliebigen gegebenen Zeit.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur elektronischen Verstärkung bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Liefern einer Differenz-Eingangsspannung an einen Verstärker, der mehrere Kanäle umfasst, wobei die mehreren Kanäle einen ersten Kanal, einen zweiten Kanal und einen dritten Kanal umfassen. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Steuern des Timing der mehreren Kanäle unter Verwendung einer Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Auto-Nullen des ersten Kanals, Betreiben des zweiten Kanals in einer invertierenden Chop-Phase und Betreiben des dritten Kanals in einer nicht-invertierenden Chop-Phase während eines ersten Zeitintervalls unter Verwendung der Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung; Betreiben des ersten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase, das Auto-Nullen des zweiten Kanals und Betreiben des dritten Kanals in der invertierenden Chop-Phase während eines zweiten Zeitintervalls unter Verwendung der Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung; und Betreiben des ersten Kanals in der invertierenden Chop-Phase, Betreiben des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase und das Auto-Nullen des dritten Kanals während eines dritten Zeitintervalls unter Verwendung der Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung. Das erste Zeitintervall, das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall sind zeitlich zueinander versetzt.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers.
2A ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers.
2B zeigt ein Beispiel eines Timing-Diagramms für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker von 2A.
3A ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers.
3B zeigt ein Beispiel eines Timing-Diagramms für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker von 3A.
4A ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers.
4B ist ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Kanals des Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers von 4A.
5A zeigt ein Beispiel eines Timing-Diagramms für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker von 4A, der unter Verwendung des Kanals von 4B implementiert ist.
5B zeigt ein weiteres Beispiel eines Timing-Diagramms für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker von 4A, der unter Verwendung des Kanals von 4B implementiert ist.
5C zeigt ein weiteres Beispiel eines Timing-Diagramms für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker von 4A, der unter Verwendung des Kanals von 4B implementiert ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende ausführliche Beschreibung gewisser Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen spezifischer Ausführungsformen der Erfindung vor. Die Erfindung kann jedoch in einer Vielzahl unterschiedlicher Weisen verkörpert werden, wie durch die Ansprüche definiert und abgedeckt. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszahlen identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen können.
Ohne Kompensation kann ein Verstärker eine Eingangs-Offsetspannung besitzen. Beispielsweise kann ein Verstärker, der unter Einsatz eines typischen CMOS-Prozesses (CMOS - Complementary Metal Oxide Semiconductor - komplementärer Metalloxidhalbleiter) hergestellt wird, beispielsweise eine Eingangs-Offsetspannung im Bereich von etwa 1 mV bis etwa 10 mV besitzen. Der Verstärker kann auch ein Flimmern oder 1/f-Rauschen besitzen, die eine Rauschleistungsspektraldichte (PSD - Power Spectral Density) besitzen können, das bei niedrigeren Frequenzen größer wird.
Um die Eingangs-Offsetspannung und/oder das Flimmerrauschen zu reduzieren oder zu beseitigen, kann ein Verstärker eine Chopper-Schaltungsanordnung enthalten. Bei einem Beispiel enthält die Chopper-Schaltungsanordnung Eingangs-Chopping-Schalter, die das Eingangssignal des Verstärkers während einer Eingangs-Chopping-Operation zerhacken oder modulieren, wodurch die Frequenz des Eingangssignals des Verstärkers hochgesetzt wird. Weiterhin enthält die Chopper-Schaltungsanordnung Ausgangs-Chopping-Schalter, die die Frequenz des zerhackten Eingangssignals während einer Ausgangs-Chopping-Operation demodulieren oder heruntersetzen.
Der Zerhackbetrieb eines Verstärkers kann dazu führen, dass am Verstärkerausgang eine modulierte Spannungswelligkeit erscheint. Die modulierte Spannungswelligkeit kann eine Größe besitzen, die sich in Relation zur Größe der Eingangs-Offsetspannung des Verstärkers ändert.
Beispielsweise kann der Zerhackbetrieb eines Verstärkers auf Grund von Ladungsinjektionen von Schaltern, die sich in der Eingangs-Chopping-Schaltung öffnen oder schließen dazu führen, dass am Verstärkerausgang Spannungssteuerimpulse auftreten.
Wenngleich ein Tiefpasspassfilter verwendet werden kann, um die Welligkeit nach der Modulation und/oder Störimpulsen zu filtern, kann es wünschenswert sein, die Eingangs-Offsetspannung des Verstärkers zu reduzieren, während eine kleine Welligkeit und/oder Störimpulse eingeführt werden, wodurch eine Auslegungsbeschränkung des Postfilters gelockert wird.
Bei gewissen Konfigurationen kann ein Verstärker weiterhin eine Auto-Zero-Schaltungsanordnung enthalten. Indem sowohl eine Auto-Zero- als auch Chopper-Schaltungsanordnung in einem Verstärker aufgenommen wird, kann der Verstärker eine niedrigere Eingangsgesamtoffsetspannung besitzen, was zu einer relativ kleinen Welligkeit führt und/oder eine Auslegungsbeschränkung eines Postfilters kann gelockert werden.
Ein Beispiel eines Verstärkers, das eine Auto-Zero- und Chopping-Schaltungsanordnung kombiniert, kann so sein, wie in dem am 5. November 2002 erteilten eigenen US-Patent Nummer 6,476,671 beschrieben mit dem Titel „PING-PONG AMPLIFIER WITH AUTO-ZEROING AND CHOPPING“, das hiermit in seiner Gänze durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Ein Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker kann zwei Kanäle enthalten, die Duplikate voneinander sein können. Außerdem kann, wenn der erste Kanal abgekoppelt wird, um ein Auto-Nullen durchzuführen, der zweite Kanal für Verstärkung sorgen und umgekehrt. Da zu einer gegebenen Zeit nur ein Kanal für eine Verstärkung sorgt, kann ein derartiger Verstärker etwa das Doppelte des Stromverbrauchs und/oder der Fläche relativ zu einem Verstärker besitzen, der ein ähnliches Ausmaß an Verstärkung ohne Auto-Nullen liefert. Wenn ein Kanal von dem Signalweg zum Auto-Nullen abgekoppelt wird und der andere Kanal wieder zur Verstärkung an den Signalweg angeschlossen wird, können außerdem relativ große Störungen in den Signalweg eingeführt werden. Die Signalwegstörungen können zu Ausgabesteuerimpulsen und/oder zu einem Rausch-Herunterfalten im relevanten Signalband führen.
Überblick über Multikanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker
Es werden hier Vorrichtungen und Verfahren für Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker bereitgestellt. Bei gewissen Konfigurationen enthält ein Verstärker mindestens drei Kanäle, die unter Verwendung mehrerer Phasen arbeiten, einschließlich mindestens einer nicht-invertierenden Chop-Phase, einer invertierenden Chop-Phase und einer Auto-Zero-Phase. Der Verstärker enthält weiterhin eine Timing-Steuerschaltung, die das Timing der Phasen der Kanäle mindestens teilweise verschachtelt oder versetzt. Beispielsweise arbeiten in gewissen Konfigurationen, wenn einer oder mehrere der Kanäle zu einem gewissen Zeitpunkt auto-genullt werden, mindestens einige der übrigen Kanäle in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase.
Wenn ein bestimmter Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase arbeitet, kann der Kanal zur Verstärkung des Verstärkers beitragen. Beispielsweise kann in gewissen Konfigurationen jeder Kanal eine Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung enthalten, die einen Ausgangsstrom generiert, und die Ausgangsströme, die von beliebigen Kanälen generiert werden, die in der nicht-invertierenden oder invertierenden Chop-Phase arbeiten, können miteinander summiert werden, um einen summierten Strom zu generieren. Außerdem kann der summierte Strom an eine Ausgangsstufe des Verstärkers geliefert und/oder anderweitig verarbeitet werden, um das Ausgangssignal des Verstärkers zu generieren.
Wenngleich ein bestimmter Kanal zur Verstärkung des Verstärkers beitragen kann, sowohl wenn der Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase arbeitet, als auch wenn der Kanal in der invertierenden Chop-Phase arbeitet, können die Polarität der Eingangsanschlüsse des Kanals und die Polarität der Ausgangsanschlüsse des Kanals in der invertierenden Chop-Phase relativ zur nicht-invertierenden Chop-Phase vertauscht oder umgekehrt sein.
Beispielsweise kann ein Kanal eine Verstärkungsschaltung enthalten, die einen Differenzeingang und einen Differenzausgang enthält. Außerdem können während der nicht-invertierenden Chop-Phase Eingangs-Chopping-Schalter verwendet werden, um die Differenz-Eingangsspannung des Verstärkers mit positiver oder nicht-invertierter Polarität an den Differenzeingang der Verstärkungsschaltung zu liefern. Weiterhin können während der nicht-invertierenden Chop-Phase Ausgangs-Chopping-Schalter den Differenzausgang der Verstärkungsschaltung ohne Umkehrung als den Ausgang des Kanals liefern. Während der invertierenden Chop-Phase jedoch können die Eingangs-Chopping-Schalter verwendet werden, um die Differenz-Eingangsspannung des Verstärkers mit negativer oder umgekehrter Polarität an den Differenzeingang der Verstärkungsschaltung zu liefern. Außerdem können während der invertierenden Chop-Phase die Ausgangs-Chopping-Schalter verwendet werden, um den Differenzausgang der Verstärkungsschaltung zu invertieren und um den invertierten Differenzausgang der Verstärkungsschaltung als den Ausgang des Kanals zu liefern. Da sowohl die Eingangs-Chopping-Schalter als auch die Ausgangs-Chopping-Schalter während der invertierenden Chop-Phase eine Umkehrung bereitstellen, generiert der Kanal ein Ausgangssignal mit der richtigen Polarität.
Die Lehren hierin können verwendet werden, um einen Verstärker bereitzustellen, der weniger Strom verbraucht und/oder eine kleinere Fläche relativ zu einem Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker besitzt. Beispielsweise kann ein Ping-Pong-Auto-Zero und Chopper-Verstärker etwa die doppelte Größe und den doppelten Stromverbrauch relativ zu einem Verstärker besitzen, der ein ähnliches Ausmaß an Verstärkung liefert und der ohne Auto-Nullung arbeitet. Im Gegensatz dazu können die Verstärker hierin die Fläche und/oder den Stromverbrauch (relativ zu einem Verstärker ohne Auto-Nullung) um ein kleineres Ausmaß erhöhen, da ein relativ kleiner Abschnitt der Verstärkungsschaltung des Verstärkers zu einem Zeitpunkt für die Auto-Nullung abgekoppelt ist.
Außerdem können in gewissen Implementierungen die Verstärker hierin relativ kleine Ausgangssteuerimpulse einführen, die mit dem Abkoppeln oder Wiederanschließen eines Kanals vom Signalweg des Verstärkers für die Auto-Nullung assoziiert sind. Da beispielsweise nur ein relativ kleiner Anteil der Verstärkungsschaltungsanordnung des Verstärkers jeweils vom Signalweg des Verstärkers getrennt oder wiederangeschlossen ist, kann der Verstärker relativ kleine Ausgangssteuerimpulse und/oder ein relativ kleines Rauschen relativ zu gewissen Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkern besitzen.
Zudem können in gewissen Implementierungen die Verstärker hierin relativ kleine Ausgangssteuerimpulse einführen, die mit Ladungsinjektionen von Schaltern, die zur Eingangs-Chopping-Schaltung öffnen oder schließen, assoziiert sind. Da beispielsweise nur ein relativ kleiner Anteil der Gesamtzahl der Schalter jeweils im Signalweg des Verstärkers öffnen oder schließen kann, kann der Verstärker relativ zu gewissen Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkern relativ kleine Ausgangssteuerimpulse und/oder ein relativ kleines Rauschen besitzen.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers 10. Der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 enthält einen ersten Kanal 1, einen zweiten Kanal 2, einen dritten Kanal 3, eine Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 5 und eine Ausgangsstufe 6. Der dargestellte Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 enthält einen Ausgangsspannungsanschluss V_OUT und Differenz-Eingangsspannungsanschlüsse einschließlich eines ersten oder nicht-invertierenden Eingangsspannungsanschlusses V_IN+ und eines zweiten oder invertierenden Eingangsspannungsanschlusses V_IN-.
In der dargestellten Konfiguration kann der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 verwendet werden, um eine Spannungsdifferenz zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsspannungsanschluss V_IN+ und dem invertierenden Eingangsspannungsanschluss V_IN- zu verstärken, um eine Ausgangsspannung am Ausgangsspannungsanschluss V_OUT zu generieren. Es sind jedoch andere Konfigurationen möglich, einschließlich beispielsweise Konfigurationen, bei denen der Verstärker eine Differenz-Ausgangsspannung, einen Eintakt-Ausgangsstrom und/oder einen Differenz-Ausgangsstrom generiert.
Obwohl 1 den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 so darstellt, dass er drei Kanäle enthält, lassen sich die Lehren hierin auch auf Konfigurationen anwenden, die zusätzliche Kanäle enthalten, wie etwa vier oder mehr Kanäle.
Der erste, zweite und dritte Kanal 1-3 können jeweils zum Verstärken der Spannungsdifferenz zwischen dem nicht-invertierenden und invertierenden Eingangsspannungsanschluss V_IN+, V_IN- verwendet werden, wenn der Kanal aktiv ist. Wie hierin verwendet, kann ein Kanal als „aktiv“ zu Zeitpunkten bezeichnet werden, zu denen der Kanal zur Verstärkung des Verstärkers beiträgt. Ein Kanal kann aktiv sein, wenn der Kanal in einer nicht-invertierenden Chop-Phase oder einer invertierenden Chop-Phase arbeitet. Im Gegensatz dazu kann ein Kanal als „inaktiv“ zu Zeitpunkten bezeichnet werden, zu denen der Kanal nicht zur Verstärkung des Verstärkers beiträgt. Ein Kanal kann inaktiv sein, wenn der Kanal in einer Auto-Zero-Phase arbeitet. Ein Kanal kann auch inaktiv sein, wenn der Kanal deaktiviert ist, um Strom zu sparen, oder er anderweitig vom Signalweg des Verstärkers abgekoppelt ist.
Die Kanäle 1-3 können eine Verstärkungsschaltungsanordnung enthalten, die zum Verstärken der Spannungsdifferenz zwischen dem nicht-invertierenden und invertierenden Eingangsspannungsanschluss V_IN+, V_IN- verwendet wird, wenn der Kanal aktiv ist.
Bei einer Ausführungsform enthält jeder Kanal eine Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung, die verwendet wird, um einen Kanalausgangsstrom zu generieren, der sich relativ zu der Differenz-Eingangsspannung des Verstärkers ändert. Außerdem können die Kanalausgangsströme von aktiven Kanälen miteinander summiert und weiter durch den Verstärker verarbeitet werden, um das Ausgangssignal des Verstärkers zu generieren.
Beispielsweise enthält in der dargestellten Konfiguration der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 die Ausgangsstufe 6, die den summierten Strom empfangen und die Ausgangsspannung am Ausgangsspannungsanschluss V_OUT generieren kann. Bei gewissen Konfigurationen wird der summierte Strom durch elektrisches Verbinden der Kanalausgänge miteinander generiert. Beispielsweise kann bei einer Eintaktkonfiguration der Ausgang jedes Kanals elektrisch an einen gemeinsamen Knoten angeschlossen sein, oder in einer Differenzkonfiguration kann der Differenzausgang jedes Kanals elektrisch an ein Paar Knoten angeschlossen sein. Bei einer Ausführungsform kann die Ausgangsstufe 6 eine Transimpedanz-Verstärkungsschaltung enthalten. Es sind jedoch andere Konfigurationen möglich.
Ein Verstärker kann unerwünschterweise eine Eingangs-Offsetspannung besitzen. Wie hierin verwendet, kann sich die Eingangs-Offsetspannung eines Verstärkers auf eine Gleichspannung zwischen den Eingangsanschlüssen des Verstärkers beziehen, die einer Ausgangsspannung von etwa 0 entspricht. Ohne Kompensation kann eine Eingangs-Offsetspannung die Arbeitsleistung verschlechtern. Beispielsweise kann eine Eingangs-Offsetspannung zu einer finiten Fehlerspannung führen, wenn der Verstärker unter Verwendung von Rückkopplung angeschlossen ist.
In der dargestellten Konfiguration enthält der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 5, die zum Steuern der Phase, in der der erste, zweite und dritte Kanal 1-3 arbeiten, verwendet werden kann. Beispielsweise kann die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 5 verwendet werden, um die Zeitintervalle zu steuern, während der der erste, zweite und dritte Kanal 1-3 auto-genullt werden, um die Eingangs-Offsetspannung zu reduzieren oder zu beseitigen und um mit den Kanälen assoziierte Chopping-Operationen zu steuern. Wenngleich in Verbindung mit n=3 Kanälen dargestellt, lassen sich die hierin offenbarten Prinzipien und Vorteile auf Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker mit einem breiten Bereich von Werten für die Zahl n anwenden, einschließlich 4, 5, 6 usw.
Bei einer Ausführungsform kann die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 5 verwendet werden, um eine Auto-Zero-Sequenz des ersten, zweiten und dritten Kanals 1-3 derart zu steuern, dass die mit dem Auto-Nullen assoziierten Zeitintervalle zeitlich verschachtelt oder versetzt sind. Beispielsweise können in gewissen Konfigurationen der zweite und dritte Kanal 2, 3 parallel arbeiten, um für Verstärkung zu sorgen, wenn der erste Kanal 1 autogenullt wird. Außerdem können der erste und dritte Kanal 1, 3 parallel arbeiten, um für Verstärkung zu sorgen, wenn der zweite Kanal 2 autogenullt wird. Zudem können der erste und zweite Kanal 1, 2 parallel arbeiten, um für Verstärkung zu sorgen, wenn der dritte Kanal 3 autogenullt wird.
Dementsprechend enthält der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 mehrere Eingangskanäle, die mit unterschiedlichen Phasentimings betrieben werden.
Beispielsweise kann der dargestellte Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 weniger Strom verbrauchen und/oder eine kleinere Fläche relativ zu einem Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker besitzen. Beispielsweise kann ein Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker etwa die doppelte Größe und den doppelten Stromverbrauch relativ zu einem Verstärker mit ähnlicher Verstärkung, der ohne Auto-Nullen arbeitet, besitzen. Im Gegensatz dazu kann der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 die Fläche und/oder den Stromverbrauch um ein kleineres Ausmaß vergrößern, da ein relativ kleiner Anteil der Verstärkungsschaltungsanordnung des Verstärkers zu einem Zeitpunkt für das Auto-Nullen abgekoppelt ist.
Außerdem kann der dargestellte Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 an dem mit dem Abkoppeln oder Wiederanschließen eines Kanals von dem Signalweg des Verstärkers für das Auto-Nullen assoziierten Ausgangsspannungsanschluss V_OUT relativ kleine Störimpulse einführen. Da beispielsweise nur ein relativ kleiner Anteil der Verstärkungsschaltungsanordnung des Verstärkers jeweils von dem Signalweg des Verstärkers abgekoppelt oder wieder an ihn angeschlossen ist, kann der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 relativ zu gewissen Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkern relativ kleine Störimpulse und/oder relativ kleines Rauschen besitzen.
Zudem kann der dargestellte Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 an dem mit Ladungsinjektionen von Schaltern, die sich in der Eingangs-Chopping-Schaltung öffnen oder schließen, assoziierten Ausgangsspannungsanschluss V_OUT relativ kleine Störimpulse einführen. Da sich beispielsweise jeweils nur ein relativ kleiner Anteil der Gesamtzahl an Schaltern im Signalweg des Verstärkers öffnen oder schließen kann, kann der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 10 relativ zu gewissen Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkern relativ kleine Ausgangsstörimpulse und/oder ein relativ kleines Rauschen besitzen.
2A ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers 20. 2B veranschaulicht ein Beispiel eines Timing-Diagramms 80 für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 20 von 2A.
Der Verstärker 20 enthält einen ersten Kanal 21, einen zweiten Kanal 22, einen dritten Kanal 23, eine Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28, Eingangs-Chopping-Schalter 31, Ausgangs-Chopping-Schalter 32, eine Ausgangsverstärkungsschaltung 33, einen Rückkopplungskondensator 34 und einen Integrationskondensator 35. Außerdem enthält der Verstärker 20 einen ersten oder nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP, einen zweiten oder invertierenden Eingangsanschluss INN und einen Ausgangsanschluss OUT.
Wenngleich der in 2A gezeigte Verstärker 20 drei Kanäle enthält, lassen sich die Lehren hierin auf Verstärker anwenden, die zusätzliche Kanäle enthalten, wie etwa vier oder mehr Kanäle. Außerdem veranschaulicht 2B zwar ein Beispiel eines Timing-Schemas für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 20 von 2A, doch kann der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 20 konfiguriert sein, unter Verwendung anderer Timing-Schemata zu arbeiten.
In der dargestellten Konfiguration generiert die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28 ein nicht-invertiertes Chopping-Taktsignal CHOP, ein invertiertes Chopping-Taktsignal CHOPB, ein erstes bis drittes nicht-invertiertes Auto-Zero-Taktsignal AZ1-AZ3 und ein erstes bis drittes invertiertes Auto-Zero-Taktsignal AZ1B-AZ3B. Die nicht-invertierten und invertierten Chopping-Taktsignale CHOP, CHOPB können Hackoperationen der Eingangs-Chopping-Schalter 31 und der Ausgangs-Chopping-Schalter 32 steuern, und das erste bis dritte nicht-invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ1-AZ3 und das erste bis dritte invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ1B-AZ3B können jeweils Auto-Zero-Operationen des ersten bis dritten Kanals 21-23 steuern.
Wie in 2A gezeigt, enthalten die Eingangs-Chopping-Schalter 31 einen ersten Schaltereingang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP verbunden ist, einen zweiten Schaltereingang, der elektrisch mit dem invertierenden Eingangsanschluss INN verbunden ist, einen ersten Takteingang, der das nicht-invertierte Chopping-Taktsignal CHOP empfängt, und einen zweiten Takteingang, der das invertierte Chopping-Taktsignal CHOPB empfängt. Außerdem enthalten die Eingangs-Chopping-Schalter 31 einen ersten und zweiten Schalterausgang, die dahingehend arbeiten, ein Differenzeingangssignal an den ersten bis dritten Kanal 21-23 zu liefern.
In gewissen Konfigurationen kann das invertierte Chopping-Taktsignal CHOPB einer invertierten Version des nicht-invertierten Chopping-Taktsignals CHOP entsprechen, und das erste bis dritte invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ1B-AZ3B können jeweils invertierten Versionen des ersten bis dritten nicht-invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ1-AZ3 entsprechen. Wie der Fachmann versteht, müssen ein nicht-invertiertes Taktsignal und ein invertiertes Taktsignal nicht vollständig komplementäre Versionen voneinander sein. Beispielsweise werden bei einer Ausführungsform das nicht-invertierte Chopping-Taktsignal CHOP und das invertierte Chopping-Taktsignal CHOPB durch einen nicht überlappenden Taktsignalgenerator generiert.
Die Ausgangs-Chopping-Schalter 32 enthalten einen ersten und zweiten Schaltereingang, die ein durch den ersten bis dritten Kanal 21-23 generiertes kombiniertes Differenzausgangssignal empfangen. Die Ausgangs-Chopping-Schalter 32 enthalten weiterhin einen ersten Takteingang, der das invertierte Chopping-Taktsignal CHOPB empfängt, einen zweiten Takteingang, der das nicht-invertierte Chopping-Taktsignal CHOP empfängt, einen ersten Schalterausgang, der elektrisch an einen invertierenden Eingang der Ausgangsverstärkungsschaltung 33 angeschlossen ist, und einen zweiten Schalterausgang, der elektrisch an einen nicht-invertierenden Eingang der Ausgangsverstärkungsschaltung 33 angeschlossen ist. Die Ausgangsverstärkungsschaltung 33 enthält weiterhin einen Ausgang, der elektrisch an den Ausgangsanschluss OUT angeschlossen ist. Der Rückkopplungskondensator 34 ist elektrisch zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang der Ausgangsverstärkungsschaltung 33 geschaltet. Der Integrationskondensator 35 ist elektrisch zwischen den nicht-invertierenden Eingang der Ausgangsverstärkungsschaltung 33 und eine erste Spannung V₁ geschaltet, die beispielsweise eine niedrige Leistung oder eine Masseversorgung sein kann.
Der erste Kanal 21 enthält jeweils einen ersten bis fünften Auto-Zero-Schalter 51-55 und eine erste Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41. Der erste Auto-Zero-Schalter 51 ist elektrisch zwischen einen nicht-invertierenden Eingang der ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 und den ersten Schalterausgang der Eingangs-Chopping-Schalter 31 geschaltet. Außerdem ist der zweite Auto-Zero-Schalter 52 elektrisch zwischen einen invertierenden Eingang der ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 und den zweiten Schalterausgang der Eingangs-Chopping-Schalter 31 geschaltet. Zudem ist der dritte Auto-Zero-Schalter 53 elektrisch zwischen einen invertierenden Ausgang der ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 und den ersten Schaltereingang der Ausgangs-Chopping-Schalter 32 geschaltet. Zudem ist der vierte Auto-Zero-Schalter 54 elektrisch zwischen einen nicht-invertierenden Ausgang der ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 und den zweiten Schaltereingang der Ausgangs-Chopping-Schalter 32 geschaltet. Weiterhin ist der fünfte Auto-Zero-Schalter 55 elektrisch zwischen den nicht-invertierenden und invertierenden Eingang der ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 geschaltet. In der dargestellten Konfiguration können der erste bis vierte Auto-Zero-Schalter 51-54 unter Verwendung des ersten invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ1B geöffnet oder geschlossen werden, der fünfte Auto-Zero-Schalter 55 kann unter Verwendung des ersten nicht-invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ1 geöffnet oder geschlossen werden, und die erste Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 kann unter Verwendung des ersten nicht-invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ1 autogenullt werden.
Der zweite Kanal 22 enthält jeweils einen ersten bis fünften Auto-Zero-Schalter 61-65 und eine zweite Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42. Der erste Auto-Zero-Schalter 61 ist elektrisch zwischen einen nicht-invertierenden Eingang der zweiten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42 und den ersten Schalterausgang der Eingangs-Chopping-Schalter 31 geschaltet. Außerdem ist der zweite Auto-Zero-Schalter 62 elektrisch zwischen einen invertierenden Eingang der zweiten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42 und den zweiten Schalterausgang der Eingangs-Chopping-Schalter 31 geschaltet. Zudem ist der dritte Auto-Zero-Schalter 63 elektrisch zwischen einen invertierenden Ausgang der zweiten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42 und den ersten Schaltereingang der Ausgangs-Chopping-Schalter 32 geschaltet. Zudem ist der vierte Auto-Zero-Schalter 64 elektrisch zwischen einen nicht-invertierenden Ausgang der zweiten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42 und den zweiten Schaltereingang der Ausgangs-Chopping-Schalter 32 geschaltet. Weiterhin ist der fünfte Auto-Zero-Schalter 65 elektrisch zwischen den nicht-invertierenden und invertierenden Eingang der zweiten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42 geschaltet. In der dargestellten Konfiguration können der erste bis vierte Auto-Zero-Schalter 61-64 unter Verwendung des zweiten invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ2B geöffnet oder geschlossen werden, der fünfte Auto-Zero-Schalter 65 kann unter Verwendung des zweiten nicht-invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ2 geöffnet oder geschlossen werden, und die zweite Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42 kann unter Verwendung des zweiten nicht-invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ2 autogenullt werden.
Der dritte Kanal 23 enthält jeweils einen ersten bis fünften Auto-Zero-Schalter 71-75 und eine dritte Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43. Der erste Auto-Zero-Schalter 71 ist elektrisch zwischen einem nicht-invertierenden Eingang der dritten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43 und den ersten Schalterausgang der Eingangs-Chopping-Schalter 31 geschaltet. Außerdem ist der zweite Auto-Zero-Schalter 72 elektrisch zwischen einen invertierenden Eingang der dritten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43 und den zweiten Schalterausgang der Eingangs-Chopping-Schalter 31 geschaltet. Weiterhin ist der dritte Auto-Zero-Schalter 73 elektrisch zwischen einen invertierenden Ausgang der dritten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43 und den ersten Schaltereingang der Ausgangs-Chopping-Schalter 32 geschaltet. Zudem ist der vierte Auto-Zero-Schalter 74 elektrisch zwischen einen nicht-invertierenden Ausgang der dritten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43 und den zweiten Schaltereingang der Ausgangs-Chopping-Schalter 32 geschaltet. Weiterhin ist der fünfte Auto-Zero-Schalter 75 elektrisch zwischen den nicht-invertierenden und invertierenden Eingang der dritten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43 geschaltet. In der dargestellten Konfiguration können der erste bis vierte Auto-Zero-Schalter 71-74 unter Verwendung des dritten invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ3B geöffnet oder geschlossen werden, der fünfte Auto-Zero-Schalter 75 kann unter Verwendung des dritten nicht-invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ3 geöffnet oder geschlossen werden, und die dritte Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43 kann unter Verwendung des dritten nicht-invertierten Auto-Zero-Taktsignals AZ3 autogenullt werden.
In der dargestellten Konfiguration kann jeder der drei Kanäle 21-23 des Verstärkers in einer Auto-Zero-Phase, einer nicht-invertierenden Chop-Phase oder einer invertierenden Chop-Phase arbeiten. Jedoch sind andere Konfigurationen möglich, wie etwa Konfigurationen, bei denen Kanäle unter Verwendung zusätzlicher Phasen arbeiten. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform ein Kanal in einer groben Auto-Zero-Phase und einer feinen Auto-Zero-Phase betrieben werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Kanal auch in einer deaktivierten oder inaktiven Phase betrieben werden.
In der dargestellten Konfiguration können Auto-Zero-Schalter eines bestimmten Kanals verwendet werden, um den Kanal von dem Verstärkungsweg des Verstärkers 20 zu entkoppeln, wenn der Kanal in der Auto-Zero-Phase arbeitet. Wenn beispielsweise die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28 den ersten Kanal 21 in der Auto-Zero-Phase betreibt, kann das erste nicht-invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ1 verwendet werden, um den ersten bis vierten Auto-Zero-Schalter 51-54 zu öffnen, um die erste Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 von dem Verstärkungsweg des Verstärkers zu entkoppeln. Außerdem kann das erste invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ1B verwendet werden, um den fünften Auto-Zero-Schalter 55 zu schließen, um den nicht-invertierenden Eingang und den invertierenden Eingang der ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung miteinander zu verbinden und um einen Auto-Zero-Betrieb der ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 zu initiieren. Analog kann, wenn die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28 den zweiten Kanal 22 in der Auto-Zero-Phase betreibt, das zweite nicht-invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ2 verwendet werden, um den ersten bis vierten Auto-Zero-Schalter 61-64 zu öffnen, und das zweite invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ2B kann verwendet werden, um den fünften Auto-Zero-Schalter 65 zu schließen und die zweite Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42 zu auto-nullen. Gleichermaßen kann, wenn die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28 den dritten Kanal 23 in der Auto-Zero-Phase betreibt, das dritte nicht-invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ3 verwendet werden, um den ersten bis vierten Auto-Zero-Schalter 71-74 zu öffnen, und das dritte invertierte Auto-Zero-Taktsignal AZ3B kann verwendet werden, um den fünften Auto-Zero-Schalter 75 zu schließen und die dritte Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43 zu auto-nullen.
Bei einer Ausführungsform enthält die erste Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 einen Primärtranskonduktor, einen Hilfstranskonduktor und mindestens einen Kondensator. Außerdem generiert der Primärtranskonduktor einen Differenzausgangsstrom, der sich relativ zu einer Differenzeingangsspannung zur ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41 ändert. Zudem generiert der Hilfstranskonduktor einen Differenzausgangsstrom, der eine Eingangs-Offsetspannung des Primärtranskonduktors kompensiert. Wenn der erste Kanal 21 in der Auto-Zero-Phase arbeitet, basiert der durch den Primärtranskonduktor generierte Differenzausgangsstrom auf der Eingangs-Offsetspannung des Primärtranskonduktors und der Hilfstranskonduktor kann mit Rückkopplung arbeiten, um mindestens eine Spannung an dem mindestens einen Kondensator zu speichern, um die Eingangs-Offsetspannung des Primärtranskonduktors zu korrigieren. Wenn der erste Kanal 21 in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase arbeitet, kann dementsprechend der erste Kanal 21 eine Verstärkung mit einem relativ kleinen Ausmaß an Eingangsoffset bereitstellen. Außerdem können die erste und dritte Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42, 43 eine ähnliche Schaltungsanordnung enthalten und können auf eine Weise ähnlich der oben beschriebenen arbeiten. Wenngleich ein Beispiel eines Auto-Zero-Schemas beschrieben worden ist, lassen sich die Lehren hierin auf andere Konfigurationen des Auto-Nullens anwenden.
Wie in dem Timing-Diagramm 80 von 2B gezeigt, ist der Betrieb des ersten bis dritten Kanals 21-23 in der Auto-Zero-Phase (AZ) zeitlich verschachtelt oder versetzt. Wenn beispielsweise der erste Kanal 21 in der Auto-Zero-Phase arbeitet, arbeiten der zweite und dritte Kanal 22, 23 beide entweder in der nicht-invertierenden Chop-Phase (CHOP) oder der invertierenden Chop-Phase (CHOP). Analog arbeiten, wenn der zweite Kanal 22 in der Auto-Zero-Phase arbeitet, der erste und dritte Kanal 21, 23 beiden entweder in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase. Gleichermaßen arbeiten, wenn der dritte Kanal 23 in der Auto-Zero-Phase arbeitet, der erste und zweite Kanal 21, 22 beide entweder in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase.
In der dargestellten Konfiguration enthalten der erste bis dritte Kanal 21-23 jeweils eine Eingangs-Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung und Auto-Zero-Schalter, die durch verschachtelte Auto-Zero-Taktsignale AZ1, AZ2 und AZ3 gesteuert werden. Wie in 2A gezeigt, nutzen die Kanäle gemeinsam Eingangs-Chopping-Schalter und Ausgangs-Chopping-Schalter. Wenngleich der erste bis dritte Kanal Eingangs-Chopping-Schalter und Ausgangs-Chopping-Schalter gemeinsam verwenden können, arbeiten nicht alle der Kanäle zur gleichen Zeit in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase. Beispielsweise können Auto-Zero-Schalter eines bestimmten Kanals verwendet werden, um diesen Kanal während der Auto-Zero-Phase von dem Signalweg des Verstärkers abzukoppeln.
In der dargestellten Konfiguration kann der Ausgangsstrom beliebiger Kanäle, die in der invertierenden Chop-Phase oder der nicht-invertierenden Chop-Phase arbeiten, miteinander summiert werden, um einen summierten Strom zu generieren, der an die Ausgangsstufe des Verstärkers geliefert werden kann. In der dargestellten Konfiguration sorgen zwei Kanäle für Verstärkung, wenn ein anderer Kanal autogenullt wird. Dementsprechend beträgt die Verlustleistung eines individuellen Kanals etwa die Hälfte jener relativ zu einem Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker, der ein ähnliches Ausmaß an Verstärkung bereitstellt, da jeder Kanal eines Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt den ganzen Gewinn des Verstärkers bereitstellen sollte.
Der dargestellte Verstärker kann auch relativ zu einem herkömmlichen Chopper-Verstärker eine kleinere Ausgangswelligkeit besitzen, da der dargestellte Verstärker Auto-Zero- und Zerhackoperationen kombiniert.
3A ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers 90. 3B zeigt ein Beispiel eines Timing-Diagramms 130 für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 90 von 3A.
Der Verstärker 90 enthält die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28, die Ausgangs-Verstärkungsschaltung 33, den Rückkopplungskondensator 34, den Integrationskondensator 35, den nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP, den invertierenden Eingangsanschluss INN und den Ausgangsanschluss OUT, die so sein können, wie weiter oben beschrieben. Der Verstärker 90 enthält weiterhin einen ersten Kanal 91, einen zweiten Kanal 92 und einen dritten Kanal 93.
Wenngleich der in 3A gezeigte Verstärker 90 drei Kanäle enthält, lassen sich die Lehren hierin auf Verstärker anwenden, die zusätzliche Kanäle enthalten, wie etwa vier oder mehr Kanäle. Außerdem veranschaulicht 3B zwar ein Beispiel eines Timing-Schemas für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 90 von 3A, doch kann der Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 90 konfiguriert sein, unter Verwendung anderer Timing-Schemata zu arbeiten.
Der erste Kanal 91 enthält einen ersten bis dritten Auto-Zero-Schalter 51-55 und die erste Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 41, die so sein kann, wie weiter oben beschrieben. Der erste Kanal 91 enthält weiterhin erste Eingangs-Chopping-Schalter 101 und erste Ausgangs-Chopping-Schalter 102. Der zweite Kanal 92 enthält einen ersten bis fünften Auto-Zero-Schalter 61-65 und die zweite Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 42, die so sein können, wie weiter oben beschrieben. Der zweite Kanal 92 enthält weiterhin zweite Eingangs-Chopping-Schalter 111 und zweite Ausgangs-Chopping-Schalter 112. Der dritte Kanal 93 enthält einen ersten bis fünften Auto-Zero-Schalter 71-75 und die dritte Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung 43, die so sein können, wie weiter oben beschrieben. Der dritte Kanal 93 enthält weiterhin dritte Eingangs-Chopping-Schalter 121 und dritte Ausgangs-Chopping-Schalter 122.
Der Verstärker 90 von 3A ist ähnlich dem Verstärker 20 von 2A, außer dass der Verstärker 90 Kanäle enthält, die mit separaten Eingangs- und Ausgangs-Chopping-Schaltern implementiert sind.
In der dargestellten Konfiguration können die Eingangs- und Ausgangs-Chopping-Schalter des ersten, zweiten und dritten Kanals durch unabhängige und verschachtelte Chopping-Taktsignale gesteuert werden. Beispielsweise können die ersten Eingangs-Chopping-Schalter 101 und die ersten Ausgangs-Chopping-Schalter 102 durch ein erstes nicht-invertiertes Chopping-Taktsignal CHOP1 und ein erstes invertiertes Chopping-Taktsignal CHOP1B gesteuert werden, die zweiten Eingangs-Chopping-Schalter 111 und die zweiten Ausgangs-Chopping-Schalter 112 können durch ein zweites nicht-invertiertes Chopping-Taktsignal CHOP2 und ein zweites invertiertes Chopping-Taktsignal CHOP2B gesteuert werden, und die dritten Eingangs-Chopping-Schalter 121 und die dritten Ausgangs-Chopping-Schalter 122 können durch ein drittes nicht-invertiertes Chopping-Taktsignal CHOP3 und ein drittes invertiertes Chopping Taktsignal CHOP3B gesteuert werden.
Demtentsprechend enthält im Gegensatz zu dem Verstärker 20 von 2A, der Eingangs- und Ausgangs-Chopping-Schalter unter Kanälen gemeinsam nutzt, der Verstärker 90 von 3A Kanäle mit separaten Eingangs- und Ausgangs-Chopping-Schaltern. Jedoch sind andere Konfigurationen möglich, wie etwa Implementierungen, bei denen Kanäle Eingangs-Chopping-Schalter gemeinsam nutzen, aber separate Ausgangs-Chopping-Schalter enthalten, oder Implementierungen, bei denen Kanäle Ausgangs-Chopping-Schalter gemeinsam nutzen, aber separate Eingangs-Chopping-Schalter verwenden.
Einen Verstärker so zu konfigurieren, dass er separate Eingangs- und Ausgangs-Chopping-Schalter enthält, gestattet, dass die Chopping-Taktsignale relativ zu einer gemeinsam genutzten Chopping-Schalter-Konfiguration mit einer niedrigeren Frequenz arbeiten. Das Betreiben von Chopping-Taktsignalen mit einer niedrigeren Frequenz kann zu einem kleineren Ausmaß an Ladungsinjektion während Taktsignalübergängen führen. Beispielsweise kann der Verstärker 90 von 3A ein kleineres Ausmaß an Ausgangsspannungs- und/oder Stromstörimpulsen relativ zum Verstärker 20 von 2A besitzen.
Zudem kann die Breite der Transistoren, die zum Implementieren der Eingangs- und Ausgangs-Chopping-Schalter von 3A verwendet werden, für eine gegebene Leistung relativ zu der eines herkömmlichen Chopper-Verstärkers geringer sein, da mehrere Eingangs- und Ausgangs-Chopping-Schalter in der in 3A gezeigten Konfiguration parallel arbeiten können. Schalter mit relativ geringer Größe können während Taktsignalübergängen mit relativ kleinen Spannungs- und/oder Stromspitzen assoziiert werden.
Obwohl die 2A und 3A Mehrkanalverstärker zeigen, die drei Kanäle enthalten, können die Verstärker so ausgelegt sein, dass sie vier oder mehr Kanäle enthalten. Bei einer Ausführungsform können vier Kanäle parallel vorgesehen werden, und ein Kanal kann sich in einer Auto-Zero-Phase befinden, während sich die übrigen drei Kanäle entweder in einer nicht-invertierenden Chop-Phase oder einer invertierenden Chop-Phase befinden können. Bei einer weiteren Ausführungsform können N Eingangskanäle parallel vorgesehen sein, und ein Kanal kann sich in einer Auto-Zero-Phase befinden, während sich die übrigen N-1 Kanäle jeweils in einer nicht-invertierenden Chop-Phase oder einer invertierenden Chop-Phase befinden können. Bei noch einer weiteren Ausführungsform können N Eingangskanäle parallel vorgesehen sein, und M Kanäle können sich in einer Auto-Zero-Phase befinden, während sich die übrigen N-M Kanäle entweder in einer nicht-invertierenden Chop-Phase oder einer invertierenden Chop-Phase befinden können. Bei gewissen Konfigurationen sind M und N ganze Zahlen, die der Ungleichung M < N/2 genügen.
Weiterhin veranschaulichen die 2A und 3A zwar Kanäle im Kontext eines Operationsverstärkers, doch können die Lehren hierin auf andere Arten von Verstärkern angewendet werden, einschließlich beispielsweise Differenzverstärker, Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor und/oder Switched-Capacitor-Verstärker.
4A ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers 140. Der dargestellte Verstärker 140 enthält die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28, die Ausgangsverstärkungsschaltung 33, den Rückkopplungskondensator 34, den Integrationskondensator 35, den nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP, den invertierenden Eingangsanschluss INN und den Ausgangsanschluss OUT, die so sein können, wie sie weiter oben beschrieben wurden. Der Verstärker 140 enthält weiterhin einen ersten Kanal 141, einen zweiten Kanal 142, einen dritten Kanal 143, einen vierten Kanal 144, einen fünften Kanal 145 und einen sechsten Kanal 146.
Wenngleich der in 4A gezeigte Verstärker 140 sechs Kanäle enthält, können die Lehren hierin auf Verstärker angewendet werden, die mehr oder weniger Kanäle enthalten.
Der erste bis sechste Kanal 141-146 enthält jeweils einen Differenzeingang, der elektrisch an den nicht-invertierenden und invertierenden Eingangsanschluss INP, INN angeschlossen ist. Der erste bis sechste Kanal 141-146 enthalten jeweils einen Differenzausgang, der elektrisch an den nicht-invertierenden und invertierenden Eingang der Ausgangsverstärkungsschaltung 33 angeschlossen ist.
Wie in 4A gezeigt, kann die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28 verwendet werden, um die Phasen zu steuern, in der jedem des ersten bis sechsten Kanals 141-146 arbeitet. Beispielsweise kann die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28 eine erste Mehrzahl von Taktsignalen an den ersten Kanal 141 liefern, eine zweite Mehrzahl von Taktsignalen an den zweiten Kanal 142, eine dritte Mehrzahl von Taktsignalen an den dritten Kanal 143, eine vierte Mehrzahl von Taktsignalen an den vierten Kanal 144, eine fünfte Mehrzahl von Taktsignalen an den fünften Kanal 145 und eine sechste Mehrzahl von Taktsignalen an den sechsten Kanal 146. Die Taktsignale können beispielsweise Chopping-Taktsignale und Auto-Zero-Taktsignale enthalten.
Zusätzliche Details des Verstärkers 140 können ähnlich jenen sein, die weiter oben beschrieben worden sind.
4B ist ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Kanals 200 des Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers 140 von 4A. Der Kanal 200 enthält einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP und einen invertierenden Eingangsanschluss INN, die als der Differenzeingang des Kanals arbeiten. Der Kanal 200 enthält weiterhin einen nicht-invertierenden Ausgangsanschluss OUTP und einen invertierenden Ausgangsanschluss OUTN, die als der Differenzausgang des Kanals arbeiten.
Der Kanal 200 enthält weiterhin einen Primärtranskonduktor 201, einen Hilfstranskonduktor 202, einen ersten Schalter 211, einen zweiten Schalter 212, einen dritten Schalter 213, einen vierten Schalter 214, einen fünften Schalter 215, einen sechsten Schalter 216, einen siebten Schalter 217, einen achten Schalter 218, einen neunten Schalter 219, einen zehnten Schalter 220, einen elften Schalter 221, einen zwölften Schalter 222, einen dreizehnten Schalter 223, einen vierzehnten Schalter 224, einen fünfzehnten Schalter 225, einen sechzehnten Schalter 226, einen ersten Kondensator 231, einen zweiten Kondensator 232, einen dritten Kondensator 233, einen vierten Kondensator 234, einen fünften Kondensator 235 und einen sechsten Kondensator 236.
Wie in 4B gezeigt, empfängt der Kanal 200 ein erstes Chopping-Taktsignal CLK1, ein zweites Chopping-Taktsignal CLK2, ein drittes Chopping-Taktsignal CLK3, ein viertes Chopping-Taktsignal CLK4, ein grobes Auto-Zero-Taktsignal AZC und ein feines Auto-Zero-Taktsignal AZF, die durch die Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung 28 von 4 generiert werden können.
Der erste Schalter 211 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP verbunden ist, einen Steuereingang, der das erste Chopping-Taktsignal CLK1 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit einem ersten Ende des ersten Kondensators 231 verbunden ist. Der zweite Schalter 212 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem invertierenden Eingangsanschluss INN verbunden ist, einen Steuereingang, der das zweite Chopping-Taktsignal CLK2 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit einem ersten Ende des zweiten Kondensators 232 verbunden ist. Der dritte Schalter 213 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP verbunden ist, einen Steuereingang, der das dritte Chopping-Taktsignal CLK3 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit dem ersten Ende des zweiten Kondensators 232 verbunden ist. Der vierte Schalter 214 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem invertierenden Eingangsanschluss INN verbunden ist, einen Steuereingang, der das vierte Chopping-Taktsignal CLK4 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit dem ersten Ende des ersten Kondensators 231 verbunden ist.
Der fünfte Schalter 215 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem invertierenden Eingangsanschluss INN verbunden ist, einen Steuereingang, der das erste Chopping-Taktsignal CLK1 empfängt, einen Schalterausgang, der elektrisch mit einem ersten Ende des vierten Kondensators 234 verbunden ist. Der sechste Schalter 216 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP verbunden ist, einen Steuereingang, der das zweite Chopping-Taktsignal CLK2 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit einem ersten Ende des dritten Kondensators 233 verbunden ist. Der siebte Schalter 217 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem invertierenden Eingangsanschluss INN verbunden ist, einen Steuereingang, der das dritte Chopping-Taktsignal CLK3 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit dem ersten Ende des dritten Kondensators 233 verbunden ist. Der achte Schalter 218 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP verbunden ist, einen Steuereingang, der das vierte Chopping-Taktsignal CLK4 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit dem ersten Ende des vierten Kondensators 234 verbunden ist.
Der neunte Schalter 219 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit einem invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist und einen Steuereingang, der den groben Auto-Zero-Takt AZC empfängt. Der neunte Schalter 219 enthält weiterhin einen Schalterausgang, der elektrisch mit einem zweiten Ende des ersten Kondensators 231, mit einem zweiten Ende des dritten Kondensators 233 und mit einem nicht-invertierenden Eingang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist. der zehnte Schalter 220 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit einem nicht-invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist, und einen Steuereingang, der den groben Auto-Zero-Takt AZC empfängt. Der zehnte Schalter 220 enthält weiterhin einen Schalterausgang, der elektrisch mit einem zweiten Ende des zweiten Kondensators 232, mit einem zweiten Ende des vierten Kondensators 234 und mit einem invertierenden Eingang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist. Der elfte Schalter 221 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist, einen Steuereingang, der das feine Auto-Zero-Taktsignal AZF empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit einem ersten Ende des fünften Kondensators 235 und mit einem invertierenden Eingang des Hilfstranskonduktors 202 verbunden ist. Der zwölfte Schalter 222 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist, einen Steuereingang, der das feine Auto-Zero-Taktsignal AZF empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit einem ersten Ende des sechsten Kondensators 236 und einem nicht-invertierenden Eingang des Hilfstranskonduktors 202 verbunden ist. Der Hilfstranskonduktor 202 enthält weiterhin einen invertierenden Ausgang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 an einem ersten Knoten N1 verbunden ist, und einen nicht-invertierenden Ausgang, der elektrisch mit dem invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 an einem zweiten Knoten N2 verbunden ist. Der fünfte Kondensator 235 und der sechste Kondensator 236 enthalten jeweils weiterhin ein zweites Ende, das elektrisch mit der ersten Spannung V₁ verbunden ist.
Der dreizehnte Schalter 223 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist, einen Steuereingang, der das zweite Chopping-Taktsignal CLK2 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit dem invertierenden Ausgangsanschluss OUTN verbunden ist. Der vierzehnte Schalter 224 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist, einen Steuereingang, der das zweite Chopping-Taktsignal CLK2 empfängt, einen Schalterausgang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Ausgangsanschluss OUTP verbunden ist. Der fünfzehnte Schalter 225 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist, einen Steuereingang, der das vierte Chopping-Taktsignal CLK4 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit dem invertierenden Ausgangsanschluss OUTN verbunden ist. Der sechzehnte Schalter 226 enthält einen Schaltereingang, der elektrisch mit dem invertierenden Ausgang des Primärtranskonduktors 201 verbunden ist, einen Steuereingang, des das vierte Chopping-Taktsignal CLK4 empfängt, und einen Schalterausgang, der elektrisch mit dem nicht-invertierenden Ausgangsanschluss OUTP verbunden ist.
Der in 4B dargestellte Kanal 200 kann in einer groben Auto-Zero-Phase, einer feinen Auto-Zero-Phase, einer nicht-invertierenden Chop-Phase oder einer invertierenden Chop-Phase betrieben werden. Der Kanal trägt zu der Verstärkung des Verstärkers bei, wenn der Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder in der invertierenden Chop-Phase arbeitet.
Wenn der Kanal 200 in der groben Auto-Zero-Phase arbeitet, können das zweite und vierte Taktsignal CLK2, CLK4 verwendet werden, um den dreizehnten bis sechzehnten Schalter 223-226 zu öffnen, um den Kanal 200 vom Signalweg des Verstärkers abzukoppeln. Außerdem können das erste bis vierte Taktsignal CLK1-CLK4 verwendet werden, um den ersten, dritten, fünften und siebten Schalter 211, 213, 215, 217 zu schließen und um den zweiten, vierten, sechsten und achten Schalter 212, 214, 216, 218 zu öffnen, um dadurch dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss INP elektrisch mit dem ersten und zweiten Kondensator 231, 232 zu verbinden und den invertierenden Eingangsanschluss INN elektrisch mit dem dritten und vierten Kondensator 233, 234 zu verbinden. Zudem können das grobe Auto-Zero-Taktsignal AZC und das feine Auto-Zero-Taktsignal AZF verwendet werden, um den neunten bis zwölften Schalter 219-222 zu schließen, um den Primärtranskonduktor 201 mit einer Rückkopplung mit einem Verstärkungsfaktor von 1 zu betreiben.
Während der groben Auto-Zero-Phase kann die Eingangs-Offsetspannung des Primärtranskonduktors 201 differenziell über dem ersten und zweiten Kondensator 231, 232 und differenziell über dem dritten und vierten Kondensator 233, 234 abgetastet werden.
Wenn jedoch das grobe Auto-Zero-Taktsignal AZC von einem logischen H zu einem logischen L übergeht, kann aufgrund verschiedener Fehlerquellen, einschließlich beispielsweise Ladungsinjektionsfehlanpassungen, die mit dem Öffnen des neunten und zehnten Schalters 219, 220 assoziiert sind, an dem ersten und zweiten Knoten N1, N2 eine Offsetrestspannung vorliegen.
Um die Offsetrestspannung zu reduzieren, kann das feine Auto-Zero-Taktsignal AZF nach der groben Auto-Zero-Phase auf logisch H bleiben, um den Kanal in der feinen Auto-Zero-Phase zu betreiben. Der elfte und zwölfte Schalter 221, 222 können in der feinen Auto-Zero-Phase geschlossen bleiben und der Hilfstranskonduktor 202 kann mit Rückkopplung arbeiten, um eine Differenzspannung am fünften und sechsten Kondensator 235, 236 abzutasten. Die am fünften und sechsten Kondensator 235, 236 abgetastete Spannung kann proportional zu einer Eingangs-Offsetrestspannung des Primärtranskonduktors 201 sein. Wenn der elfte und zwölfte Schalter 221, 222 danach geöffnet werden, kann der Kanal 200 eine weitere Reduktion bei der Eingangs-Offsetspannung aufweisen, da der Hilfstranskonduktor 202 einen Ausgangsstrom generieren kann, der die Eingangs-Offsetrestspannung des Primärtranskonduktors korrigiert. Indem der Kanal 200 so konfiguriert wird, dass er sowohl eine grobe Auto-Zero-Phase als auch eine feine Auto-Zero-Phase enthält, kann der Kanal 200 mit reduziertem Eingangs-Offset arbeiten, wenn der Kanal zur Verstärkung des Verstärkers beiträgt.
Während der nicht-invertierenden Chop-Phase können der erste Schalter 211, der zweite Schalter 212, der fünfte Schalter 215, der sechste Schalter 216, der dreizehnte Schalter 223 und der vierzehnte Schalter 224 geschlossen sein und die übrigen Schalter können offen sein. Wenn der Kanal 200 auf diese Weise konfiguriert ist, kann die Differenzeingangsspannung des Kanals ohne Umkehrung an den Primärtranskonduktor 201 geliefert werden. Außerdem kann ein durch den Primärtranskonduktor 201 generierter Differenzausgangsstrom mit einem durch den Hilfstranskonduktor 202 generierten Differenzausgangsstrom summiert werden, und der resultierende Strom kann ohne Umkehrung als ein Ausgang des Kanals 200 geliefert werden.
Während der invertierenden Chop-Phase können der dritte Schalter 213, der vierte Schalter 214, der siebte Schalter 217, der achte Schalter 218, der fünfzehnte Schalter 225 und der sechzehnte Schalter 226 geschlossen sein und die übrigen Schalter können offen sein. Wenn der Kanal 200 auf diese Weise konfiguriert ist, kann die Differenzeingangsspannung des Kanals mit Umkehrung an den Primärtranskonduktor 201 geliefert werden. Außerdem kann ein durch den Primärtranskonduktor 201 generierter Differenzausgangsstrom mit einem durch den Hilfstranskonduktor 202 generierten Differenzausgangsstrom summiert werden, und der resultierende Strom kann invertiert und als ein Ausgang des Kanals 200 bereitgestellt werden.
Obwohl 4B eine Ausführungsform eines Kanals darstellt, der im Verstärker 140 von 4A verwendet werden kann, kann der Verstärker 140 von 4A konfiguriert sein, unter Verwendung anderer Implementierungen von Kanälen zu arbeiten.
5A zeigt ein Beispiel eines Timing-Diagramms 250 für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 140 von 4A, der unter Verwendung des Kanals 200 von 4B implementiert ist.
Das Timing-Diagramm 250 veranschaulicht die Phasen des ersten bis sechsten Kanals 141-146 über der Zeit. Das Timing-Diagramm 250 veranschaulicht weiterhin Wellenformen für sechs grobe Auto-Zero-Taktsignale (AZC1-AZC6), die einem jeweils durch den ersten bis sechsten Kanal 141-146 empfangenen groben Auto-Zero-Taktsignal entsprechen können. Das Timing-Diagramm 250 veranschaulicht weiterhin Timing-Signalwellenformen für verschiedene Signale des ersten Kanals. Zusätzliche Timing-Signalwellenformen für den zweiten bis sechsten Kanal sind nicht dargestellt. Bei gewissen Konfigurationen können die Timing-Signalwellenformen für den zweiten bis sechsten Kanal ähnlich jenen sein, die für den ersten Kanal gezeigt sind, aber relativ zum ersten Kanal zeitverschoben.
Wenn der Kanal 200 auf der Basis des in 5A gezeigten Timing-Diagramms 250 gesteuert wird, liefern vier Kanäle der insgesamt sechs Kanäle eine Verstärkung zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt. Dementsprechend können die Verlustleistung und die Transkonduktanz-Verstärkergröße eines Kanals etwa ein Viertel der eines Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers (der zu einer beliebigen gegebenen Zeit nur einen beitragenden Verstärker besitzt) mit ähnlicher Leistung betragen. Somit können die Gesamtverlustleistung und die Größe der Transkonduktanzverstärker etwa drei Viertel der eines Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers mit ähnlicher Leistung betragen. Weiterhin kann die Größe jedes des ersten bis achten Schalters 211-218 ein Achtel der Größe entsprechender Schalter eines Ping-Pong-Auto-Zero- und Chopper-Verstärkers betragen. Wenngleich verschiedene Schaltergrößen zu Zwecken des Vergleichs vorgelegt worden sind, können die Schalter eine beliebige geeignete Größe aufweisen.
5B zeigt ein weiteres Beispiel eines Timing-Diagramms 270 für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 140 von 4A, der unter Verwendung des Kanals 200 von 4B implementiert ist.
In der dargestellten Timing-Konfiguration arbeitet jeder des ersten bis sechsten Kanals 141-146 mit unabhängigen und verschachtelten Auto-Zero-Taktsignalen, doch können die Chopping-Taktsignale auf einem gemeinsamen Taktsignal basieren. Beispielsweise können das erste Chopping-Taktsignal CLK1, das zweite Chopping-Taktsignal CLK2, das dritte Chopping-Taktsignal CLK3 und das vierte Chopping-Taktsignal CLK4, in 4B gezeigt, generiert werden, indem Schaltungslogikoperationen des feinen Auto-Zero-Taktsignals AZF und des gemeinsamen Taktsignals durchgeführt werden. Während die feinen Auto-Zero-Taktsignale für den ersten bis sechsten Kanal unabhängig sind, kann das gemeinsame Taktsignal gemeinsam genutzt werden. Das Timing-Diagramm 270 von 5B kann mit einer Zerhackfrequenz assoziiert sein, die etwa viermal größer ist als eine mit dem Timing-Diagramm 250 von 5A assoziierte Zerhackfrequenz.
5C zeigt ein weiteres Beispiel eines Timing-Diagramms 290 für den Mehrkanal-Auto-Zero- und Chopper-Verstärker 140 von 4A, der unter Verwendung des Kanals 200 von 4B implementiert ist.
In der dargestellten Timing-Konfiguration arbeitet jeder des ersten bis sechsten Kanals 141-146 mit unabhängigen und verschachtelten Auto-Zero-Taktsignalen und mit Chopping-Taktsignalen, die relativ zu geradzahligen Kanälen um etwa 180 Grad für ungeradzahlige Kanäle phasenverschoben sind. Das Timing-Diagramm 290 von 5C kann mit einer Zerhackfrequenz assoziiert sein, die etwa zweimal größer ist als eine mit dem Timing-Diagramm 250 von 5A assoziierte Zerhackfrequenz.
Die vorausgegangene Beschreibung und Ansprüche können sich darauf beziehen, dass Elemente oder Merkmale miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ sind. Wie hierin verwendet, bedeutet, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, „verbunden“, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal, und nicht notwendigerweise mechanisch, verbunden ist. Gleichermaßen bedeutet, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, „gekoppelt“, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt an ein anderes Element/Merkmal, und nicht notwendigerweise mechanisch, gekoppelt ist. Obwohl in den Figuren gezeigte verschiedene Schemata Beispielanordnungen von Elementen und Komponenten zeigen, können somit zusätzliche dazwischenliegende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorliegen (unter der Annahme, dass die Funktionalität der dargestellten Schaltungen nicht beeinträchtigt ist).
Anwendungen
Die oben beschriebenen Schemata verwendende Einrichtungen können in verschiedenen Elektronikeinrichtungen implementiert werden. Zu Beispielen für die Elektronikeinrichtungen zählen unter anderem Verbraucherelektronikprodukte, Teile der Verbraucherelektronikprodukte, Elektroniktestgeräte, medizinische Bildgebung und Überwachung usw. Zu Beispielen für die Elektronikeinrichtungen können auch Speicherchips, Speichermodule, Schaltungen von optischen Netzwerken oder anderen Kommunikationsnetzwerken und Plattentreiberschaltungen zählen. Zu den Verbraucherelektronikprodukten können unter anderem ein Mobiltelefon, ein Telefon, ein Fernsehgerät, ein Computermonitor, ein Computer, ein handgehaltener Computer, ein PDA (Personal Digital Assistant), eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, ein Kraftfahrzeug, eine Stereoanlage, ein Kassettenrekorder oder -player, ein DVD-Player, ein CD-Player, ein Videokassettenrekorder, ein MP3-Player, ein Radio, ein Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, ein tragbarer Speicherchip, eine Waschmaschine, ein Trockner, ein Waschtrockner, ein Kopierer, ein Faxgerät, ein Scanner, eine multifunktionale Peripherieeinrichtung, eine Armbanduhr, eine Uhr usw. zählen. Weiterhin kann die Elektronikeinrichtung unfertige Produkte enthalten.
Wenngleich die vorliegende Erfindung bezüglich gewisser Ausführungsformen beschrieben worden ist, liegen auch andere Ausführungsformen, die dem Durchschnittsfachmann offensichtlich sind, einschließlich Ausführungsformen, die nicht alle der Merkmale und Vorteile, die hierin dargelegt sind, bereitstellen, ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung. Zudem können die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Außerdem können in dem Kontext einer Ausführungsform gezeigte gewisse Merkmale auch in andere Ausführungsformen eingebaut werden. Dementsprechend wird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Verstärker (10), der Folgendes umfasst: mehrere Kanäle, die Folgendes umfassen: einen ersten Kanal (1); einen zweiten Kanal (2) und einen dritten Kanal (3), wobei jeder des ersten Kanals, des zweiten Kanals und des dritten Kanals in mehreren Phasen einschließlich einer Auto-Zero-Phase, einer nicht-invertierenden Chop-Phase und einer invertierenden Chop-Phase betrieben werden kann, und eine Timing-Steuerschaltung (5), die konfiguriert ist zum Betreiben des ersten Kanals in der Auto-Zero-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der invertierenden Chop-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase während eines ersten Zeitintervalls, zum Betreiben des ersten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der Auto-Zero-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der invertierenden Chop-Phase während eines zweiten Zeitintervalls und zum Betreiben des ersten Kanals in der invertierenden Chop-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der Auto-Zero-Phase während eines dritten Zeitintervalls, wobei das erste Zeitintervall, das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall zeitlich zueinander versetzt sind.
Verstärker nach Anspruch 1, wobei die mehreren Kanäle vier oder mehr Kanäle umfassen.
Verstärker nach Anspruch 2, wobei die mehreren Kanäle weiterhin Folgendes umfassen: einen vierten Kanal, einen fünften Kanal und einen sechsten Kanal, wobei der vierte, fünfte Kanal und der sechste Kanal in den mehreren Phasen einschließlich der Auto-Zero-Phase, der nicht-invertierenden Chop-Phase und der invertierenden Chop-Phase betrieben werden können, und wobei die Timing-Steuerschaltung weiterhin konfiguriert ist zum Betreiben des vierten Kanals in der Auto-Zero-Phase während eines vierten Zeitintervalls, zum Betreiben des fünften Kanals in der Auto-Zero-Phase während eines fünften Zeitintervalls und zum Betreiben des sechsten Kanals in der Auto-Zero-Phase während eines sechsten Zeitintervalls, wobei das erste Zeitintervall, das vierte Zeitintervall, das zweite Zeitintervall, das fünfte Zeitintervall, das dritte Zeitintervall und das sechste Zeitintervall zeitlich zueinander versetzt sind.
Verstärker nach Anspruch 3, wobei die Timing-Steuerschaltung weiterhin konfiguriert ist zum Betreiben des ersten Kanals in der Auto-Zero-Phase während eines siebten Zeitintervalls, das hinter dem ersten Zeitintervall ist, wobei das erste und vierte Zeitintervall zeitlich teilweise überlappen, wobei das vierte und zweite Zeitintervall zeitlich teilweise überlappen, wobei das zweite und fünfte Zeitintervall zeitlich teilweise überlappen, wobei das fünfte und dritte Zeitintervall zeitlich teilweise überlappen, wobei das dritte und sechste Zeitintervall zeitlich teilweise überlappen, wobei das sechste und siebte Zeitintervall zeitlich teilweise überlappen.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärker konfiguriert ist zum Empfangen einer Differenz-Eingangsspannung, wobei der mindestens eine der mehreren Kanäle, der in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase arbeitet, die Differenz-Eingangsspannung verstärkt.
Verstärker nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei während des ersten Zeitintervalls die Timing-Steuerschaltung weiterhin konfiguriert ist zum Betreiben sowohl des zweiten als auch des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase während einer ersten Hälfte des ersten Zeitintervalls und zum Betreiben sowohl des zweiten als auch des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase während einer zweiten Hälfte des ersten Zeitintervalls, wobei während des zweiten Zeitintervalls die Timing-Steuerschaltung weiterhin konfiguriert ist zum Betreiben sowohl des ersten als auch des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase während der ersten Hälfte des ersten Zeitintervalls und zum Betreiben sowohl des ersten als auch des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase während der zweiten Hälfte des ersten Zeitintervalls, und wobei während des dritten Zeitintervalls die Timing-Steuerschaltung weiterhin konfiguriert ist zum Betreiben sowohl des ersten als auch des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase während der ersten Hälfte des ersten Zeitintervalls und zum Betreiben sowohl des ersten als auch des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase oder der invertierenden Chop-Phase während der zweiten Hälfte des ersten Zeitintervalls.
Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Kanal, der zweite Kanal und der dritte Kanal konfiguriert sind zum gemeinsamen Nutzen von Eingangs-Chopping-Schaltern und Ausgangs-Chopping-Schaltern.
Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Kanal erste Eingangs-Chopping-Schalter und erste Ausgangs-Chopping-Schalter enthält, wobei der zweite Kanal zweite Eingangs-Chopping-Schalter und zweite Ausgangs-Chopping-Schalter enthält und wobei der dritte Kanal dritte Eingangs-Chopping-Schalter und dritte Ausgangs-Chopping-Schalter enthält.
Verstärker nach Anspruch 8, wobei die Timing-Steuerschaltung konfiguriert ist zum Generieren mehrerer Chopping-Taktsignale, die zeitlich verschachtelt sind, wobei ein erster Abschnitt der mehreren Chopping-Taktsignale konfiguriert ist zum Steuern der ersten Eingangs-Chopping-Schalter und der ersten Ausgangs-Chopping-Schalter, wobei ein zweiter Abschnitt der mehreren Chopping-Taktsignale konfiguriert ist zum Steuern der zweiten Eingangs-Chopping-Schalter und der zweiten Ausgangs-Chopping-Schalter und wobei ein dritter Abschnitt der mehreren Chopping-Taktsignale konfiguriert ist zum Steuern der dritten Eingangs-Chopping-Schalter und der dritten Ausgangs-Chopping-Schalter.
Verstärker nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Kanal eine erste Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung umfasst, wobei der zweite Kanal eine zweite Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung umfasst und wobei der dritte Kanal eine dritte Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung umfasst.
Verstärker nach Anspruch 10, weiterhin umfassend mindestens einen Knoten, der konfiguriert ist zum Generieren eines summmierten Stroms auf der Basis mehrerer, durch die mehreren Kanäle generierten Ausgangsströme.
Verstärker nach Anspruch 11, weiterhin umfassend eine Ausgangsstufe, die konfiguriert ist zum Umwandeln des summierten Stroms in eine Ausgangsspannung des Verstärkers.
Verstärker nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei der Verstärker konfiguriert ist zum Empfangen einer Differenz-Eingangsspannung, wobei die erste Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung konfiguriert ist zum Empfangen des Differenz-Eingangsspannungssignals ohne Umkehrung, wenn der erste Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase arbeitet, wobei die erste Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung konfiguriert ist zum Empfangen des Differenz-Eingangsspannungssignals mit Umkehrung, wenn der erste Kanal in der invertierenden Chop-Phase arbeitet, wobei die zweite Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung konfiguriert ist zum Empfangen des Differenz-Eingangsspannungssignals ohne Umkehrung, wenn der zweite Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase arbeitet, wobei die zweite Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung konfiguriert ist zum Empfangen des Differenz-Eingangsspannungssignals mit Umkehrung, wenn der zweite Kanal in der invertierenden Chop-Phase arbeitet, und wobei die dritte Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung konfiguriert ist zum Empfangen des Differenz-Eingangsspannungssignals ohne Umkehrung, wenn der dritte Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase arbeitet, wobei die dritte Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung konfiguriert ist zum Empfangen des Differenz-Eingangsspannungssignals mit Umkehrung, wenn der dritte Kanal in der invertierenden Chop-Phase arbeitet.
Verstärker nach Anspruch 13, wobei ein erster Ausgangsstrom der ersten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung als ein Ausgang des ersten Kanals bereitgestellt wird, wenn der erste Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase arbeitet, wobei eine invertierte Version des ersten Ausgangsstroms als der Ausgang des ersten Kanals bereitgestellt wird, wenn der erste Kanal in der invertierenden Chop-Phase arbeitet, wobei ein zweiter Ausgangsstrom der zweiten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung als ein Ausgang des zweiten Kanals bereitgestellt wird, wenn der zweite Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase arbeitet, wobei eine invertierte Version des zweiten Ausgangsstroms als der Ausgang des zweiten Kanals bereitgestellt wird, wenn der zweite Kanal in der invertierenden Chop-Phase arbeitet, und wobei ein dritter Ausgangsstrom der dritten Transkonduktanz-Verstärkungsschaltung als ein Ausgang des dritten Kanals bereitgestellt wird, wenn der dritte Kanal in der nicht-invertierenden Chop-Phase arbeitet, wobei eine invertierte Version des dritten Ausgangsstroms als der Ausgang des dritten Kanals bereitgestellt wird, wenn der dritte Kanal in der invertierenden Chop-Phase arbeitet.
Verstärker nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auto-Zero-Phase eine grobe Auto-Zero-Phase umfasst.
Verstärker nach Anspruch 15, wobei die mehreren Phasen weiterhin eine feine Auto-Zero-Phase umfassen, wobei die feine Auto-Zero-Phase konfiguriert ist zum Korrigieren einer Eingangs-Offset-Restspannung, die nach der groben Auto-Zero-Phase verbleibt.
Verstärker, der Folgendes umfasst: einen nicht-invertierenden Eingangsspannungsanschluss und einen invertierenden Eingangsspannungsanschluss, wobei der Verstärker konfiguriert ist zum Empfangen einer Differenz-Eingangsspannung zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsspannungsanschluss und dem invertierenden Eingangsspannungsanschl uss; mehrere Kanäle, die einen ersten Kanal, einen zweiten Kanal und einen dritten Kanal umfassen; und eine Timing-Steuerschaltung, die konfiguriert ist zum Steuern einer Auto-Zero-Sequenz der mehreren Kanäle und zum Steuern des Betriebs der mehreren Kanäle in mehreren Phasen über der Zeit, wobei die Timing-Steuerschaltung konfiguriert ist zum Auto-Nullen des ersten Kanals, zum Betreiben des zweiten Kanals in der invertierenden Chop-Phase und zum Betreiben des dritten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase während eines ersten Zeitintervalls, zum Betreiben des ersten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase, zum Auto-Nullen des zweiten Kanals und zum Betreiben des dritten Kanals in der invertierenden Chop-Phase während eines zweiten Zeitintervalls und zum Betreiben des ersten Kanals in der invertierenden Chop-Phase, zum Betreiben des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase und zum Auto-Nullen des dritten Kanals während eines dritten Zeitintervalls, wobei das erste Zeitintervall, das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall zeitlich zueinander versetzt sind, wobei während des Betriebs des Verstärkers mindestens ein Kanal der mehreren Kanäle konfiguriert ist zum Verstärken der Differenz-Eingangsspannung zu einer beliebigen gegebenen Zeit.
Verstärker nach Anspruch 17, wobei die mehreren Kanäle vier oder mehr Kanäle umfassen.
Verfahren zur elektronischen Verstärkung, das Folgendes umfasst: Liefern einer Differenz-Eingangsspannung an einen Verstärker, der mehrere Kanäle umfasst, wobei die mehreren Kanäle einen ersten Kanal, einen zweiten Kanal und einen dritten Kanal umfassen; Steuern des Timing der mehreren Kanäle unter Verwendung einer Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung; Auto-Nullen des ersten Kanals, Betreiben des zweiten Kanals in einer invertierenden Chop-Phase und Betreiben des dritten Kanals in einer nicht-invertierenden Chop-Phase während eines ersten Zeitintervalls unter Verwendung der Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung; Betreiben des ersten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase, Auto-Nullen des zweiten Kanals und Betreiben des dritten Kanals in der invertierenden Chop-Phase während eines zweiten Zeitintervalls unter Verwendung der Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung; und Betreiben des ersten Kanals in der invertierenden Chop-Phase, Betreiben des zweiten Kanals in der nicht-invertierenden Chop-Phase und Auto-Nullen des dritten Kanals während eines dritten Zeitintervalls unter Verwendung der Auto-Zero- und Chopping-Timing-Steuerschaltung; wobei das erste Zeitintervall, das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall zeitlich zueinander versetzt sind.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die mehreren Kanäle vier oder mehr Kanäle umfassen.